Page 13 - 2023年第54卷第4期

效竖向应力的分布。在建基面上游距坝踵 ４．２ｍ范
围内存在拉应力，坝踵处最大拉应力 为 １．１４ＭＰａ。
观测断面的应力分布形式与建基面略有不同，在上
游侧存在一个 “反弯” 分布，即靠近上游面为较大
的压应力，往坝体内压应力逐渐减小，在距上游面
５．０ｍ处出现峰值，为－ ０．８６ＭＰａ 的压应力，随后压
应力又逐渐增大。分析原因，这与扬压力向上作用
于坝底，且呈上游大下游小的梯形分布有关。
对比图 ７和图 １１，不管采用什么算法，观测坝踵
断面的竖向应力与理论坝踵断面相比，都有一个压应
图 １１ 竖向有效应力沿理论坝踵截面及实
力差，当理论坝踵有近 １．０ＭＰａ的拉应力时，实测坝 测坝踵截面的分布曲线
踵仍有一定量的压应力。按渗流场孔隙水压力计算扬
压力作用时，建基面的竖向拉应力小于按面力考虑，差值取决于 Ｂ系数，当取 Ｂ系数为 ０．５时，计算坝
踵拉应力比按面力考虑小 ０．９４ＭＰａ。

５ 结论

坝踵拉应力是重力坝设计中需要避免的应力状态，但是从目前为止收集到的观测资料来看，并未
观测到坝踵拉应力，有的坝观测到较大的压应力，且实测坝踵应力随水位变动的幅度远小于计算值。
本文针对混凝土重力坝观测结果与计算结果差异显著的问题进行研究，介绍分析了包括我国三峡在内
的国内外 ２５座重力坝实测坝踵应力特点，提出了理论坝踵和实测坝踵的概念，采用不同计算方法研
究了扬压力荷载对两个坝踵竖向有效应力的贡献，部分解释了实测坝踵压应力大且变幅小的原因。主
要有得到如下几点认识：（ １）坝踵应力观测仪器埋设在距坝底 ５ｍ，距上游面 １．５～２ｍ的坝体内部，
此处为观测坝踵，与理论坝踵的位置不同，这是难以观测到拉应力的重要原因之一。（ ２）坝踵应力计
算时假定扬压力作用于坝底表面，得到的应力是扬压力作用面以下基岩的有效应力，而扬压力不会在
观测坝踵断面带来拉应力增量，将坝体作为连续介质进行应力计算时，实测坝踵较理论坝踵存在一个
与扬压力接近的压应力差，致使实测坝踵应力为一定程度的压应力，同时实测应力随水位变化的幅度
远小于理论坝踵的计算值。（ ３）混凝土为孔隙连续介质，水对变形和应力的影响符合广义有效应力原
理，其作用程度取决于 Ｂ系数。基岩由于节理裂隙的存在，Ｂ系数可取 １．０，混凝土的 Ｂ系数资料较
少，需要试验确定。本文进行的敏感性计算表明，观测坝踵的应力受 Ｂ系数的影响较大，大致呈线性
关系，Ｂ系数越小越接近面力作用，有效压应力越大。（４）坝踵处以坝底面为界，存在应力突变，拉
应力出现在基岩一侧，考虑到基岩抗拉强度低于混凝土，坝踵处如果出现拉裂则会出 现 在基岩中。
（ ５）观测和计算结果均表明，按无拉应力准则设计的重力坝坝体混凝土一侧一般为压应力，观测坝踵
的最小压应力为 ０．５～１．０倍的上游水头，坝体内因竖向拉应力超标出现拉裂的可能性较小，但可因坝
轴向收缩拉应力超标，上游面出现竖向裂缝，进一步因水力劈裂作用向坝内扩展。
高混凝土坝踵承受着高孔隙水压力，其有效应力取决于 Ｂ系数，目前对混凝土 Ｂ系数的研究较
少，需要进一步实验研究。混凝土中的孔隙水由非饱和到饱和，再由低孔隙水压到高孔隙水压的变
化，混凝土如何变形又如何影响到细宏观受力，是需要进一步研究的另一个问题。

参 考 文 献：

［ １］ 潘家铮．重力坝设计［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８７．
［ ２］ 水利部水利水电 规 划 设 计 总 院．混 凝 土 重 力 坝 设 计 规 范：ＳＬ３１９—２０１８［Ｓ］．北 京：中 国 水 利 水 电 出 版
社，２０１８．
［ ３］ ＵＳＡｒｍｙＣｏｒｐｓｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｓ．ＧｒａｖｉｔｙＤａｎＤｅｓｉｇｎ：ＥＭ １１１０ － ２ － ２２００［Ｍ］．ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣ：Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅ

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